TWI336161B - Power supply source device - Google Patents

Description

1336161 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種將電源電壓予以昇壓並供給裝置驅 動電壓之電源裝置。 【先前技術】 在行動電話機或 PDA(personal Data Assistant，個 人資料助理）等電池驅動型之攜帶機器中，使用LED(Light —Emitting D.iode,發光二極體）作為 LCD(Liquid Crystal Display, 液晶顯示器）之背光或附屬之 CCD (Charge-Coupled Device,電荷搞合元件）照相機之閃光 燈，或使發光不同之LED元件閃爍而用作為燈飾等，在各 種目的利用LED元件。為驅動LED元件，必須將鋰離子 電池等之3.6V程度之電池電壓昇壓至4.5V程度，並供給 為驅動電塵。再且，因電池之消耗而使電池電壓降低時， 或流通在LED元件之負載電流增加且電壓降變大時，必須 以更高之昇壓率使電池電壓昇壓。 如此，在用以驅動LED元件等裝置（device)之電源裝 置中，必須依動作環境以適當之昇壓率將電源電壓予以昇 壓並產生裝置之驅動電壓。例如，在專利文獻1中揭示有 一種於具備複數段之昇壓用電容器之昇壓電路中，附設依 昇壓率選擇所需之昇壓電容器的選擇開關，及連接在該選 擇開關且選擇昇壓率之外部選擇端子的驅動電壓供給裝 置。 (專利文獻1)日本特開平6-78527號公報 316125 1336161 【發明内容】 (發明所欲解決之課題） 專利文獻1之驅動電壓供給裝置，係 之檢測電路之輸出供給 ·、源電壓 率，將來自⑽之昇壓夂體處理決定昇壓 擇端子的構成。 錄出至裝置之外部選 以軟體控制進行昇壓率之切 控制信號用之外部端子，在電路 在=需要有 限制造成影響，而使設計之自由度減低。 之接腳 本發明係鑑於上述問顳 係提供-種無須依來自Μ 創者，本發明之主要目的 定電开+ Ρ 、 邛之控制信號即可在内部自動抓 足电源电壓之昇壓率的電源裝置。 目動0又 (解決課題之手段） 本發明之-樣態係關於一種電源 備有：以設定之昇壓率將、-電源裝置具 之驅動電麗的昇屢電路 I輪出裝置 之輸入電壓，以使上述昇 卩輸入至上述昇壓電路 準電>1相等㈣敕哭;：電路之輸出線的檢測電麼鱼Λ 手电&相等的5周整裔電路（reguiat〇 〜、基 測供給至上述調整器電路 土 °。正时)，用以檢 電路；依檢測出之上述電源；：源電愿的電源電壓檢測 號供給至上述昇壓電路的昇壓率切：：換上述昇壓率之信 予以-體積體化。該昇屋電路係得二：並將該等電路 方式構成，昇麗率切換電路係可 又切換昇壓率之 率之信號供給至上述昇壓電路。’階段性切換上述昇壓 316125 6 1336161 本發明之其他樣態亦關於一種電源裝置。該電源裝置 具備有：以設定之昇壓率將電源電壓予以昇壓並輸出裝置 之驅動電壓的昇壓電路；調節輸入至上述昇壓電路之輸入 電壓，以使上述昇壓電路之輸出線的檢測電壓與基準電壓 相等的調整器電路；用以檢測連接在上述昇壓電路之輸出 端子之作為負載的上述裝置之端子電壓的端子電壓檢測電 路；依檢測出之上述端子電壓將要切換上述昇壓率之信號 供給至上述昇壓電路的昇壓率切換電路；並將該等電路予 以一體積體化。 本發明之其他樣態亦關於一種電源裝置。該電源裝置 具備有：以設定之昇壓率將電源電壓予以昇壓並輸出裝置 之驅動電壓的昇壓電路；調節輸入至上述昇壓電路之輸入 電壓，以使上述昇壓電路之輸出線的檢測電壓與基準電壓 相等的調整器電路；用以檢測連接在上述昇壓電路之輸出 端子之作為負載的上述裝置之負載電流的負載電流檢測電 路；依檢測出之上述負載電流將要切換上述昇壓率之信號 供給至上述昇壓電路的昇壓率切換電路；並將該等電路予 以一體積體化。 本發明之其他樣態亦關於一種電源裝置。該電源裝置 具備有：以設定之昇壓率將電源電壓予以昇壓並輸出裝置 之驅動電壓的昇壓電路；調節輸入至上述昇壓電路之輸入 電壓，以使上述昇壓電路之輸出線的檢測電壓與基準電壓 相等的調整器電路；用以檢測供給至上述調整器電路之上 述電源電壓的電源電壓檢測電路；用以檢測連接在上述昇 7 316125 路之輪出端子之作為負載的上述 載-流檢測電路；依檢測出 、負载電流的負

流之至少一去.. 甩'原电壓及上述負載I 壓電路的昇歷率切拖幵塹旱之“號供給至上述昇 d在上述任-«之㈣^積體化。 之檢測電路檢測出昇壓電路中之電電源襄置内 主因的物理量，根據該檢測結果用：：：壓率之切換 切換電路切換昇塵電路之昇壓率^用:又在電源裝置内之 ^進行昇壓率之切換控制。作為置之 換主因而電源裝置所應檢測之物理量：：路：秦之切 連接為負載之裝置之端子電壓及負電源電壓、及 根據该寺之檢測値自動切換昇电源凌 :裝置中，檢測電路與切換電路係盘昇壓帝之電 粗化，因此無須用以切換昇 ：乍成-體積 再且，本發明之摄二“率之切換信號的端子。 之任意組合、本發明之表現方 ^構成要素 者。 展置尔統寻之間變換 (發明之效果） 根據本發明，可自翻μ令+ 動電塵。 自動…源電壓之昇壓率並供給驅 【實施方式】 本發明之實施㈣之電㈣㈣具備有 換電源電壓之昇壓率的昇厣構成為可切 汁“路，用以檢測成為電源電壓 316125 8 1336161 之昇壓率之切換主因之物理量的檢測電路；及根據檢測結 果控制切換昇壓電路之昇壓率的切換電路；並將該等電路 予以一體積體化。以下列舉幾個實施形態說明電源裝置之 構成及動作。 (實施形態1) 第1圖係實施形態之昇壓變換器100之構成圖。構成 昇壓變換器100之電路係一體積體化為電源裝置。昇壓變 換器100係以鋰離子電池11之電池電壓Vbat為輸入電 壓，且在使用昇壓電容器C1、C2之電荷泵電路（charge pump circuit) 16中，利用電荷栗方式予以昇壓，並輸出昇 壓電壓Vf。在昇壓變換器100之輸出端子，有複數個LED 元件200與平滑用電容器C 一同並聯連接，並經過電阻接 地。由昇壓變換器100輸出之昇壓電壓Vf係供給至該等 LED元件200。鋰離子電池11之電池電壓Vbat大約為 3.6V，通常為3.0至4.2之範圍的値。昇壓變換器100係 將電池電壓Vbat昇壓至4.5至5之昇壓電壓Vf，並供給 作為並聯連接之LED元件200的各個驅動電壓。 電荷泵電路16係藉由作為設於内部之開關動作的電 晶體之導通/不導通動作，將昇壓用電容器Cl、C2予以選 擇性充放電，並以設定之昇壓率將輸入電壓Vin予以昇 壓，並輸出輸出電壓Vout。以2個分壓電阻Rl、R2分壓 電荷泵電路16之輸出電壓Vout所得的檢測輸出電壓V s 係回授至調整器電路10。調整器電路1 0之基準電壓比較 器14係比較來自基準電壓源之基準電壓Vref與電荷泵電 9 316125 1336161 v 路16之檢測輸出電壓V s的大小’依該比較結果控制電晶 體Tr導通或不導通（on/off)，藉此調整來自電池電壓Vbat 之電力，經過平滑用電容器C作為輸入電壓Vin供給至電 荷泵電路16。因此，將輸入至電荷泵電路16之輸入電壓 -Vin予以定電壓化，以使檢測輸出電壓V s與基準電壓Vref 之差成為0。 電源電壓比較器20係比較以2個分壓電阻R3、R4分 壓電池電壓Vbat所得的檢測電池電壓Va與基準電池電壓 Vb，當檢測電池電壓Va比基準電壓Vb低時，將高（H)位鲁 準信號作為昇壓率選擇信號SEL輸出，當檢測電池電壓 Va比基準電壓Vb高時，將低（L)位準信號作為昇壓率選擇 信號SEL輸出，並供給至電荷泵電路16。電荷泵電路16 係藉由昇壓率選擇信號SEL切換為1倍、1.5倍、2倍之 任一者的昇壓率，並將輸入電壓Vin予以昇壓。例如，將 基準電池電壓Vb設定為3.4V，因鋰離子電池11之消耗而 使檢測電池電壓Va成為3.4 V以下時，來自電源電壓比較 $ 器20之昇壓率選擇信號SEL成為高位準，電荷泵電路16 之昇壓率切換為1.5倍至2倍。因經離子電池11之充電而 使檢測電池電壓Va超過3.4 V時，來自電源電壓比較器20 · 之昇壓率選擇信號SEL成為低位準，電荷泵電路16之昇· 壓率切換為2倍至1.5倍。 弟2圖係電何栗電路16之構成圖。電何聚電路16係 依所設定之昇壓率導通/不導通控制第1至第9開關SW1 至S W9，藉此切換2個昇壓用電容器C1、C2之連接形態 10 316125 丄J丄 及充放電之B车& 、，# ±Λ ν_。 ’亚將曰輸入電S Vin 4壓至輸出電壓 SW9之導心::：1倍昇壓時之帛1至第9開關SW1至 3、第7一不蜍通狀態的圖。如第3圖所示，將第i、第 將卜、十.、* 8之開關請卜SW3、SW7、SW8設定為導通， 作 關。又為不泠通，因此輸入電壓Vin直接 作為輪出電壓V0ut輸出。 按 時序之it明1 5倍昇壓之情形。第4圖顯示開關之第1 闰弟1至第9開關_至請9之導通/ 圖。在第1時序中m + k +導通狀怨的 之開關SwJSW5、=2路16係將第卜第5、第6 設定為不道、一 °又定為導通，將上述以外之開關 Μ的Φ通’藉此形成串聯連接2個昇壓用電容器C1、 力’在至V個第2時序為止之間，利用輸入= 电將2個幵壓用電容器C1、C2予以充電。 在2個昇壓用電容器Cl、C2合分別產生〇 ， 第5圖顯_之第2二第至了二轉。 至SW9之導通/不導 /序《1至弟9開關SW1 帝路_ 通狀悲的圖。在第2時序中，電荷泵 sw5、sw:將在弟1時序設定為導通之3個開關swi、 切換為不導通，並且將第2、第4、第7、第8 之開關SW2、SW4、SW7 。 矛7弟8 接2個昇㈣電容$C1、8切換為導通，藉此並聯連 之2個昇壓用… 2’亚對以〇_5Vm之電壓充電 方向之^入電^n而^’施加朝向與充電時相反之 放泰，脾千士 而將2個昇壓用電容器C卜C2予以 放私將琶力供給至輸出 算2個昇屢用電容器。、。之…二輸：…_ C2之电£ 〇.5Vin，輸出電壓v〇ut 316125 成為 1.5Viii。 時序之苐1至第 因而反覆進行2 並輸出將輪入電 电荷泵電路1 6係交互反覆第1、第 9開關SW1至SW9之導通/不導通狀態 β昇C用電各器C1、C2之充電與放電 I Vln昇壓1.5倍的輸出電壓v〇ut。 1日士；f次Γ明2倍昇壓之情形。第6圖顯示開關動作之第 二。1第第1二2開關lw…W9之導通/不導通狀態 々 守序中’電荷泵電路16係將第1、第3、第 、第9之開關請卜剛^篇^卿設定為導通’而 昇Si卜？關設定為不導通’藉此形成並聯連接2個 二$谷裔C1、C2的電路，在至下1個第2時序為止 r9V、利用輪入㈣vm之電力將2個昇壓用電容器Cl、 ^充電。因此’在2個昇壓用電容器Ο、。會分別 I生Vin之電壓。 $二7圖顯示開關之第2時序之第1至第9開關SW1 不導通狀態的圖。在第2時序+，電荷粟 私 π知在弟1時序設定為導通之4個開關SW1、 則、SW6、議切換為不導通，並且將第2、帛4、第7、 第8之開關SW2、SW4、，7、綱切換為導通’藉此並 聯連接2個昇壓用電容器CbC2,對以vm之電壓“之 2個昇壓用電容器Cl、c^加朝與充電時相反之方:之 輸入電壓’而將2個昇壓用電容器予以放 包力供給至輸出端子。因此，在輸人電壓…加算2個昇 壓用電容器C1、C2之電壓Vm’輸出電壓ν_成為心。 316125 12 1336161 電荷泵電路16係交互反覆第1、第2時序之第1至第 9開關SW1至SW9之導通/不導通狀態，因而反覆進行2 個昇壓用電容器C1、C2之充電與放電，並輸出將輸入電 壓Vin昇壓2倍的輸出電壓Vout。 (實施形態2) 第8圖係實施形態2之昇壓變換器100之構成圖。本 實施形態之昇壓變換器100係將下述電路予以一體積體化 之電源裝置，該等電路包含：可切換昇壓率之電荷泵電路 16;用以檢測連接在上述昇壓變換器100之輸出端子之作 為負載的複數個LED元件200之各個端子電壓Vd的電壓 檢測電路（VDET)22 ;依所檢測之端子電壓切換電荷泵電路 16之昇壓率的邏輯電路24。 第9圖係電壓檢測電路2 2之構成圖。比較器3 0係比 較LED元件200之端子電壓Vd與基準電壓0.5V，端子 電壓 V d為0.5V以下時，輸出高位準之輸出信號 VEDTOUT。 回到第8圖，邏輯電路24係進行複數個電壓檢測電路 22之輸出信號VEDTOUT的邏輯演算，將其結果作為昇壓 率切換信號SEL供給至電荷泵電路16。例如，邏輯電路 24可藉由LED元件200之發光色對輸出信號VDETOUT 施以加權並進行邏輯演算，藉此加權評價特定色之LED元 件200之端子電壓的降低，並可提高昇壓率。邏輯電路24 之邏輯演算亦可從外部重寫。 本實施形態之昇壓變換器100可在電池電壓Vbat降低 13 316125 1336161 等原因而使LED元件200之端子電壓降低時，電壓檢測電 路22自動檢測出端子電壓之降低，而由邏輯電路24提高 電荷泵電路16之昇壓率。 (實施形態3) 第10圖係實施形態3之昇壓變換器100之構成圖。本 實施形態之昇壓變換器100係將下述電路予以一體積體化 之電源裝置，該等電路包含：可切換昇壓率之電荷泵電路 16 ;用以檢測連接在上述昇壓變換器100之輸出端子之作 為負載的複數個LED元件200之各個負載電流I d的電流 檢測電路（ID E T) 2 3，依所檢測之負載電流切換電何录電路 16之昇壓率的邏輯電路25。 第11圖係電壓檢測電路23之構成圖。比較器32係比 較LED元件200之負載電流I d流通10 Ω之電阻時之檢測 電壓與基準電壓0.2V，當檢測電壓超過0.2V時，輸出高 位準之輸出信號IDETOUT。 回到第1 0圖，邏輯電路25係進行複數個電流檢測電 路23之輸出信號IDETOUT的邏輯演算，將其結果作為昇 壓率切換信號SEL供給至電荷泵電路16。例如，邏輯電路 25係進行複數個輸出信號IDETOUT之邏輯和之計算或多 數決邏輯演算，依演算結果輸出H/L位準之昇壓率切換信 號 SEL。 例如，為使LED元件200更強烈發光而流通較大之負 載電流Id時，驅動電壓雖會有因電壓降而降低之情形，但 本實施形態之昇壓變換器1 00中，電壓檢測電路22會自動 316125 1336161 檢測出超過規定値之負載電流I d >遊車耳電路2 5可提尚電 荷泵電路16之昇壓率，並防止LED元件200之驅動電壓 的降低。 (實施形態4) - 第12圖係實施形態4之昇壓變換器100之構成圖。本“ 實施形態之昇壓變換器100係組合第1圖之昇壓變換器 100之電源電壓比較器20之構成、與第10圖之昇壓變換 器1 00之電壓檢測電路23之構成者，在邏輯電路26中利 用預定之邏輯演算評價電源電壓比較器20之電源電壓 ® Vbat之檢測結果、及電壓檢測電路23之LED元件200之 負載電流Id的檢測結果，並將昇壓率切換信號SEL供給 至電荷泵電路16。例如，邏輯電路2 6係依電源電壓比較 器20之輸出及電壓檢測電路23之輸出的邏輯和或多數決 邏輯，決定昇壓率切換信號SEL之値。 在本實施形態之昇壓變換器100中，可評價組合電池 電壓Vbat之降低及LED元件200之負載電流Id的增加，鲁 自動切換電荷泵電路16之昇壓率。 以上係依本實施形態說明本發明。實施形態係為例 示，該等各構成要素及各處理程序之組合可有各種之變形· 例，且該變形例亦屬本發明之範圍者，當為相關業者所理解。· 一般而言，電荷泵電路16之昇壓率係由昇壓用電容器 之個數與其切換連接之形態、昇壓段數等昇壓用電容器之 開關構成所決定。本貫施形悲係以將電何聚電路16之昇壓 用電容器之個數設為2個，昇壓率切換為1.5倍、2倍之 15 316125 1336161 構成加以說明，但此係為一例不’電何栗電路16之構成具 有設計之自由度，昇壓用電容器之個數、可切換之昇壓率 之範圍會因設計而有所不同。 實施形態之昇壓變換器係利用開關方式將輸入電壓予 以昇壓者，並以藉由使用昇壓用電容器之電荷泵電路將電 源電壓予以昇壓之構成為例加以說明，但亦可為藉由採用 線圈之昇壓截斷器（chopper)電路將電源電壓予以昇壓之構 成。昇壓截斷器電路係交互反覆進行對線圈之能量蓄積、 自線圈之能量的放出，並將電源電壓予以昇壓者。 實施形態係針對驅動並聯連接之LED元件時但當驅 動串聯連接之LED元件時，檢測出各LED元件之兩端之 端子電壓、負載電流並切換昇壓率的構成加以說明，但亦 可作成檢測出串聯連接之LED元件之兩端之端子電壓、負 載電流，比較檢測値與規定値，以切換昇壓率的構成。 實施形態係以LED元件為例作為連接在電源裝置之 元件，但當然亦可為其他元件例如有機EL(Electro — Luminescence)元件等。 【圖式簡單說明】 第1圖係實施形態之昇壓變換器之構成圖。 第2圖係第1圖之電荷泵電路之構成圖。 第3圖顯示將第2圖之電荷泵電路之昇壓率設定為1 倍時之開關之導通/不導通狀態的圖。 第4圖顯示將第2圖之電荷泵電路之昇壓率設定為1.5 倍時，充電時之開關之導通/不導通狀態的圖。 16 316125 1336161 第5圖顯示將第2圖之電荷泵電路之昇壓率設定為1.5 倍時，放電時之開關之導通/不導通狀態的圖。 第6圖顯示將第2圖之電荷泵電路之昇壓率設定為2 倍時，充電時之開關之導通/不導通狀態的圖。 第7圖顯示將第2圖之電荷泵電路之昇壓率設定為2 倍時，放電時之開關之導通/不導通狀態的圖。 第8圖係實施形態2之昇壓變換器100之構成圖。 第9圖係第8圖之電壓檢測電路之構成圖。 第1 0圖係實施形態3之昇壓變換器之構成圖。 第11圖係第10圖之電壓檢測電路之構成圖。 第12圖係實施形態4之昇壓變換器之構成圖。 【主要元件符號說明】 10 調整器電路 11 链離子電池 16 電何粟電路 20 電源電壓比較器 22 > 23 電壓檢測電路 24、 25 邏輯電路 32 比較器 100 昇壓變換器 200 LED元件 C 平滑用電容器 C1、 C2、C3 昇壓用電容器 R、Rl至R4 電阻 SEL 昇壓率選擇信號 SW1 至SW9 開關 Tr 電晶體 Va 檢測電池電壓 Vb 基準電池電壓 Vbat 電池電壓 Vin 輸入電壓 Vout 輸出電壓 Vref 基準電壓 Vs 檢測輸出電壓 17 316125

Claims (1)

1. lUOire· 土-η 曰修正替換州 99. 6.·^------1 第93123580號專利申請案 (99年6月22日） 、申請專利範圍： I 一種電源裝置，係具備有： 以設定之昇Μ率將電源電壓予以昇屋並輸出裝置 之驅動電壓的昇壓電路； ，調節輸入至上述昇壓電路之輸入電壓，以使上述昇 壓電路之輸出線的檢測電璧與基準電廢相等的 電路； ° 用以檢測連接在上述昇壓電路之輸出端子之作為 、载的上述裝置之端子電屢的端子電屢檢測電路；以及 依核測出之上述端子電壓將要切換上述昇壓率之 號供、。至上述昇壓電路的昇壓率切換電路；並將該等 電路予以一體積體化。 2’ ：申請專利範圍第！項之電源裝置，其中，上述端子電 電路係檢測連接在上述昇壓電路之輸出端子之 作為負载的複數個上述裝置之各端子電屢， 上述昇壓率切換電路係具備：用以比較各裝置之上 述端子電壓與預定之閾値之大小的複數個比較器；以及 + 疋之邏輯演算評價上述複數個比較器之輸 至上=其評價結果，將要切換上述昇壓率之信號供給 主上迷什壓電路的邏輯電路。 如申3月專利範圍第2項之電源梦番-, 踗心m ¥源裝置，其中，上述昇壓電 '、構成為可多階段切換上述昇壓$，i e m t 電路係將要階段性切換上、f Λ I i述升麼率切換 昇愿電路。 汁壓率之信號供給至上述 316125(修正本) 18 月日修正替綱 一_2 2 1 第93123580號專利申請案 4·如申請專利範圍第3項之電源裝置，其中:9:心y 切換電路係於當所檢測出之上述複數個裝置之上述端 子電f之至少1個比預定之基準電壓低時，將用以提高 上述幵壓率之切換信號供給至上述昇壓電路。 5.如申請專利範圍第3項之電源裝置，其中，上述昇屋電 路係藉，將複數個昇壓用電容器予以選擇性充放電，而 以上述昇壓率將上述電源電壓予以昇壓。 6· 一種電源裝置，係具備有： 以設定之昇厘率將電源電壓予以昇屋並輸出裝置 之驅動電壓的昇壓電路； 調蜻輸入至上述昇壓電路之輸入電壓，以使上述昇 [電路之輸出線的檢測電壓與基準電壓相等的調整器 乂檢測連接在上述昇壓電路之輸出端子之作為 、、的上述裳置之負載電流的負載電流檢測電路；以及 ^依核測出之上述負載電流將要切換上述昇壓率之 信號供給至上述昇壓電路的昇>1率切換電路； 、將琢等電路予M一體積體化， 其中，上述負载電流檢測電路係檢測連接在上述5 電路之輸出端子之作為負載的複數個上 個負載電流， 述昇[率切換電路係具備：用以比較各裝置之上 述負載電預疋之閾値之大小的複數個比較S ;以及 、預定之邏輯濟异評價上述複數個比較器之輸 316125(修正本) 19

   ΤϋΊ ' 曰修正麵i 6-2 2 _I 出，根據其評價結果 上述昇壓電路的邏輯 第9312358〇號專利申請案 (99年6月22日） ’將切換上述昇壓率之信號供給至 電路。 7.如申β月專利範圍第6項之雷 跋從接^、、 乐項之電源裝置，其中，上述昇壓電 '、/、為可多階段切換上述昇壓率，上述昇壓率切換 曰路係將要階段性切換上述昇璧率之信號供給至上述 升壓電路。 8. 如申請專利範圍第7項之電源裝置，其中，上述昇壓率 切換電路係於當所檢測出之複數個上述裝置之上述負 載電流之至少！個超過職値時，將用以提高上述昇壓 率之切換信號供給至上述昇壓電路。 9. 如申料利範圍第7項之電源|置，其中，上述昇壓電 路係藉由將複數個昇壓用電容器予以選擇性充放電而 以上述昇壓率將上述電源電壓予以昇壓。 316125(修正本) 20